Передача данных в энергетике

Industrial Ethernet
Отрасли промышленности для которых разработаны и успешно применяются устройства передачи данных:
Нефть и Газ
Энергетика
Металлургия
Машиностроение
Добывающая
Транспорт

Тема презентации:
Industrial Ethernet в
Энергетике

Тема презентации:
Industrial Ethernet в
Энергетике
Устройства с помощью которых можно создать любую промышленную сеть:
Промышленные комутаторы
Промышленные маршрутизаторы
Промышленные сетевые экраны
Промышленные коверторы сред.
….. Их всех объединяет …

Объектам энергетики, как и другим промышленным объектам, присущи:
Высокие уровни ЭМИ
Широкий диапазон температурных колебаний
Высокий уровень вибраций и толчков
Разрушающие загрязнения

Существуют «общие» и «отраслевые» проблемы эксплуатации электронного оборудования в суровых промышленных зонах
Общие проблемы:
Температурный режим – сильный холод (до минус 45) или жара (до плюс 80)‏
Перепады температур (тепло – холод и наоборот)‏
Копоть, грязь
Повышенная влажность
Ударостойкость

Существуют «общие» и «отраслевые» проблемы эксплуатации электронного оборудования в суровых промышленных зонах
Отраслевые проблемы:
Взрывоопасные зоны
Повышенная вибрация
Высокое электромагнитное излучение
….

Для каждого случая эксплуатации оборудования в неблагоприятных условиях существует свой порядок тестирования оборудования, его стандартизация и сертификация.
Основные стандарты и сертификаты:
IEC 60068-2-6 - Вибрация (синусоидальная)‏
IEC 60068-2-1 – Холод
IEC 60068-2-2 – Сухое тепло
ATEX Class 1, Zone 2 –Директива к устройствам предназначенных для применения в потенциально взрывопасных зонах
….
99. IEC 61850-3 - Системы и сети связи на подстанциях – о них и пойдет речь далее…Сначала стандарт.

Для многих промышленных предприятий в различных отраслях уже давно не новой является тенденция, связанная с использованием общей коммуникационной схемы, сущность которой состоит в возможности взаимодействия между различными интеллектуальными электронными устройствами по общей и единой технологии. Энергетика в этом отношении не стала исключением. Инициатива применения подобной схемы возникла у крупных североамериканских предприятий в конце 80-х годов прошлого столетия. Результатом стал стандарт, известный как Utility Communications Architecture 2.0 (UCA2.0). В настоящее время он является международным стандартом IEC61850. В основе описанной им сетевой архитектуры лежит технология Ethernet. Благодаря этому, а также за счет поддержки Ethernet всеми производителями электронных интеллектуальных устройств, эта система передачи данных на электроподстанциях стала самой распространенной в мире.
IEEC61850-3
Передача данных в энергетике

IEC 61850-3
Передача данных в энергетике
Объектно-ориентированная структура имеет значительные преимущества для пользователей: Облегчает установку и техобслуживание с помощью устройств, которые снижают
ручную настройку.
Снижает усилия при проектировании и внедрении с помощью
стандартизированных объектных моделей и соглашениях об именовании для всех устройств, которые требуют ручной настройки и преобразования I/O сигналов в переменные системы питания.
Снижает затраты и время настройки и установки нового и обновлённого оборудования с помощью стандартизированных файлов настройки устройств.
Снижение затрат на провода между тем, как обеспечивается более высокий уровень защиты с помощью использования PtP сообщений для правильной передачи данных между устройствами.
Снижение затрат на провода и сенсоры с помощью использования высокоскоростной шины, которая позволяет распределять инструментальные сигналы между устройствами.
Обеспечивает полным набором услуг для оповещения, доступу к данным, регистрации событий и контролю, достаточному для большинства приложений.
Максимум гибкости для пользователя при выборе между количеством взаимодействующих продуктов.
Снижение затрат на инфраструктуру связи, с помощью легкодоступных TCP/IP и Ethernet технологий.

Концепция построения единого информационного пространства энергетического предриятия, основанная на IEC 61850-3
Построение единой информационной системы энергетической корпорации – создание бесшовной, единой сети из однородного оборудования.
Отказоустойчивость и надежность всей структуры определяется элементами системы, прошедшими сертификацию IEC 61850.
Технологии резервирования и время восстановления связей должны соответствовать задачам, которые решают подсистемы и сама система в целом и должны быть максимально эффективными.
Масштабирование системы «без проблем» – добавить устройство или целый участок не должно вызывать никаких проблем. Конструктор для создания сетей любой сложности.

Концепция построения единого информационного пространства энергетического предриятия, основанная на IEC 61850-3 (продолжение)‏
5. Обслуживание системы – простота и доступность кадров (нет уникальным, очень дорогим и дефицитным специалистам).
6. Настройка, ввод в эксплуатацию системы – простота и скорость.
7. Изменение конфигурации системы – простота и скорость.
8. Сопряжение с существующими сетями – без условий -абсолютное
9. Функциональность Ethernet сети – VLAN, QoS, 802.1p, RSTP (и т.д) плюс функциональность Industrial Ethernet (eRTP, S-Ring и т.д.)‏
10. Стоимость владения – соответствует стоимости владения Ethernet

Надо понимать что компоненты ЛВС должны соответствовать среде эксплуатации.
Электроподстанция – агрессивное место для электронного оборудования.
В промышленной среде сеть должна работать надежно в чрезвычайных условиях:
электромагнитное излучение,
высокие температуры
и механическое воздействие.
Промежуточный вывод: В промышленной зоне нет места офисному оборудованию

Коммуникационные решения, разработанные для систем, которые обрабатывают важную информацию в жестких условиях среды
благоприятные условия (напр. Офисная сеть компании)‏
Общая сеть
(Ethernet офис)‏
Промышленная сеть
(Промышленный Ethernet)‏
Жесткие условия среды
(например, цех, наружное применение,подстанции …)‏
Устройства промышленной автоматизации

Прерыватель
источник
CTs
источник
VTs
LAN подстанции
Энергетическая система
HV кабели
IEDs
A
B
C
Устаревшая Ethernet подстанция
LAN подстанции обеспечивает высокоскоростную передачу данных по шинам между
разнообразными IED (например, реле, дистанционными терминалами, счетчиками и т.д.)‏

IEC 61850 подстанция
Цифровая подстанция: обе энергетические системы собирают информацию и управляются через LAN.
интеллектуальный
прерыватель
Цифровой
CT/VT
IEDs
“Шина электростанции” LAN
IEC 61850-8-1
Энергетическая система
“Шина обработки данных” LAN
IEC 61850-9-2
IEDs
A
B
C

Три лидера в области производства оборудования Industrial Ethernet. Только эти три компании сертифицировали свое оборудование по 61850
Garrettcom
Ruggedcom
Hirschmann Automation and Control
Оборудование этих вендоров по праву считается стандартом de facto для энергетики. Несмотря на достаточно именитых вендоров - производителей Industrial Ethernet оборудования, они смогли лучше других адаптировать свою продукцию к данной отрасли.
Причина – нацеленность на рынок подстанций уже на стадии проектирования устройств и разработки технологий защиты данных.
Industrial Ethernet промышленная сеть

Основные устройства стандарта Industrial Ethernet
Устройства с помощью которых можно создать любую промышленную сеть:
Промышленные комутаторы
Промышленные маршрутизаторы
Промышленные сетевые экраны
Промышленные коверторы сред.
Далее речь пойдет об элементах и блоках отказоустойчивых сетей на примерах оборудования RuggedCom (Канада) и GarrettCom (США).

Промышленные медиаконвертеры
GarrettCom
RuggedCom
14E и 14EH Упрочненные медиаконвертеры
(100 Mb, оптика в медь)‏
Защищенные Ethernet-медиаконвертеры для подстанций
Ruggedcom RuggedMC™ RMC
Ethenet медиаконвертер (медь в оптику)‏
Ruggedcom RuggedMC™ RMC20
Медиа конвертор последовательного интерфейса
RuggedMC™ RMC40
4-х портовый скоростной медиаконвертер
Медиаконвертеры последовательного интерфейса для подстанций

Промышленные коммутаторы
GarrettCom
RuggedCom
Magnum 6K25 и 6K25R управляемый коммутатор с гигабитными оптическими портами
Magnum PES42P
коммутатор с 100Mb оптическими портами и поддержкой PoE
Magnum 4K220 40-портовый неуправляемый коммутатор, экономящий место в стойке.
RuggedSwitch™ M2200
MIL-STD 9-ти портовый управляемый гигабитный Ethernet коммутатор
RuggedSwitch™ RSG2100P
19-ти портовый модульный полностью управляемый Ethernet коммутатор с гигабитными портами и PoE
RuggedSwitch™ M969
10-ти портовый
управляемый
коммутатор с магистральными оптическими портами и защитой IP66/IP67,MIL-STD

Промышленные маршрутизаторы
GarrettCom
RuggedCom
DS2000-IFR
DynaStar 2000 промышленный маршрутизатор
RuggedRouter RX1000
Универсальный многомодульный промышленный маршрутизатор
- Устойчив к промышленным условиям на основе технологии "Cyber Security"
DS-1500-IFR
DynaStar 1500 промышленный маршрутизатор

Примеры отказоустойчивого кольца
Garrettcom
кольцо S-Ring
RuggedCom кольцо eRSTP

Функции сетей IE, устройств данного класса, настройка и безопасность
Создание высокоотказоустойчивой системы для передачи информации всех типов, со временем восстановления сети в случае сбоя до 30 миллисекунд (кольцевая структура)‏
Создание высокоотказоустойчивого единого информационного пространства любого промышленного предприятия, части которого могут работать в совершенно разных условиях эксплуатации.
Объединение разрозненных сегментов и сетей предприятия (корпорации)‏

Функции коммутаторов Industrial Ethernet:
Передача информации на малые и очень большие расстояния (до 200 км) по оптоволокну.
Передача видео и голоса.
Приоритезация траффика (802.1 p/Q)‏
Логическое разграничение сетей (VLAN)‏
Комплекс настроек под задачи пользователя (QoS)‏

Настройка, управление и безопасность
Устройства настраиваются и управляются аналогично офисным братьям – посредством telnet, web или программного обеспечения (специализированного программного обеспечения от производителя)‏
Безопасность устройств выше чем у офисного (но это отдельная тема целой презентации) т.к задачи, решаемые оборудованием зачастую связаны с работой на режимных объектах (энергетика, войска, испытательные полигоны, космос)‏

Сопряжение с «офисным» Ethernet (например Cisco, 3com, Allied Telesyn и проч).
В основе Industrial Ethernet лежит Ethernet «классический», поэтому все «правила» (протоколы и стандарты) соблюдены и работают.
На сегодняшний день нет ни одного случая, когда бы оборудование Industrial Ethernet не работало или работало бы некорректно с офисным оборудование. Самый яркий пример – официальное сотрудничество немецкой компании Harting с компанией Cisco (Harting «внизу» - Cisco «наверху»).
Сопряжение с «офисным» Ethernet

Установка действительно надежных устройств, средний срок эксплуатации которого – не менее 40 лет, позволяет сэкономить значительные средства на «перевооружение» сетей.
Крайне низкий простой сетей (по сравнению с офисными) в масштабе даже небольшого предприятия дает значительный эффект.
Возможность создавать практически любые отказоустойчивые топологии сети, с использование любой среды передачи данных – витая пар, любая оптика, воздух – позволяет независить от условий, а самому их создавать либо использовать существующие.
Экономия от внедрения

Конструктор Industrial Ethernet
Компания Символ-Автоматика предлагает вам оригинальный конструктор, позволяющий создавать любые решения на основе устройств стандарта Industrial Ethernet.
Оригинальность состоит в том, что конечное решение собирается из простых частей, хранящихся в единой базе, называемой библиотекой компонентов.
Основные элементы конструктора:
Базовый юнит
Модуль управления
Система юнитов
Подключаемые блоки
Объединяющие среды.

Конструктор Industrial Ethernet
Входящее в состав оборудование:
Коммутатор Ruggedcom RuggedSwitch™ RSG2100P.
4 камеры Mobotix V10 Vandalism.
Промышленный коммутационный компьютер Korenix JetBox 8210.
Промышленный GSM/GPRS передатчик (M2M Taiko Network TNC-G120)..
Беспроводная Мост/Точка доступа для уличного использования Hirschmann BAT54.
Выполняемые функции:
Видеонаблюдение (разрешение 1280 x 960 точек, запись звука), громкоговоритель, Wi-Fi радиосвязь, резервное GSM/GPRS соединение, связь с системой контроля доступа, датчиками.
Условия эксплуатации:
Повышенные ЭМИ, вибрация, ударостойкость, пыле-влагозащита, температурный диапазон -30…+60.
Базовый юнит системы наружного наблюдения

Конструктор Industrial Ethernet
Состав:
RuggedSwitch™ RSG2100P
19-ти портовый модульный полностью управляемый Ethernet коммутатор с гигабитными портами и поддержкой PoE
MX-D22M
Купольная видеокамера от MOBOTIX
Korenix. JetBox 8210
Промышленный коммутационный компьютер
Taiko Network AG1000 (SMS Alert Gateway)‏
Система охранной сигнализации, производящая оповещение посредством SMS сообщений (через сотовую сеть стандарта GSM)
Подключаемые: сервер, терминалы
Возможности:
Центральный пункт наблюдения и контроля за системой. Архивирование данных. Связь с любым из узлов системы. Внутренняя система контроля доступа (турникеты, магнитные карты, датчики движения и т.п.). Видеонаблюдение за помещением. Охранная сигнализация с возможностью оповещения по SMS.
Модуль комнаты наблюдения и контроля (Control Room Module – CRM)

Конструктор Industrial Ethernet
Построение системы на основе конструктора Industrial Ethernet

Проблемы клиента, решаются на этапе выбора оборудования
Резюме: Какие проблемы клиента будут решены ?
На основе оборудования IE могут быть быстро, легко и недорого построены или расширены открытые и индустриальные коммуникационные системы от уровня управления до полевого уровня.
Модульность обеспечивает гибкую структуру удовлетворяющую изменяющимся требованиям.
Потенциал
К Ethernet оборудованию на подстанциях предъявляются специальные требования, в частности для уровня управления и полевого уровня, на чём и специализируются Garrettcom, Ruggedcom, Hirschmann. В ходе вертикальной интеграции Ethernet будет все больше проникать в промышленные приложения и процессы.